基于柔性基线形变感知的分布式POS全局估计方法研究

New ultra-high resolution aerial remote sensing systems like array antenna SAR, are an important development direction of high-resolution special projects.It is urgent to establish a distributed space-time reference based on position and orientation system(POS) in order to achieve high-precision and synchronous measurement of multi-node motion parameters.Because the spatial distance(baseline) among sub-array antennas is complex and stochastic,how to realize global estimation in the context of flexible baseline deformation is a new challenge for distributed POS.The project intends to study a global estimation method based on flexible baseline deformation sensing.The method about position and attitude deformation measurement based on fiber bragg grating is first studied.On this basis,the high-precision and adaptive transfer alignment estimation method is studied.A data-driven unified deformation space-time model of flexible baseline is established using temporal-spatial depth neural network learning,then a high-precision and adaptive global estimation method is proposed to realize accurate measurement of multi-node space-time reference and flexible baseline.The project will break through the technical bottleneck that restricts the imaging accuracy and efficiency of the new ultra-high resolution aerial remote sensing system.

阵列天线SAR等新型超高分辨率航空遥感系统是高分重大专项的重要发展方向，迫切需要建立分布式位置姿态（Position and Orientation System,POS）的时空基准系统，以实现多节点运动参数的高精度同步测量。由于机体挠曲变形下各子阵天线间的空间距离（基线）呈复杂随机时变，此时如何实现柔性基线形变条件下的全局最优估计是分布式POS测量研究面临的新挑战。本项目拟研究基于柔性基线形变感知的分布式POS全局估计方法。研究基于光纤光栅的主/子位置姿态形变测量方法，在此基础上研究高精度自适应传递对准估计方法；采用时空深度神经网路学习建立基于数据驱动的柔性基线统一形变时空模型，提出高精度自适应全局估计方法，实现柔性基线多节点时空基准和相对空间信息精确测量。该项目将突破制约新型超高分辨率航空遥感系统成像精度和效率的关键技术瓶颈。

高分辨率对地观测系统已成为国土精确测绘和军事侦察等领域不可替代的高新技术装备，机载阵列合成孔径雷达（SAR）是体制最新、技术最尖端的三维立体成像载荷之一，对运动误差最为敏感，载机非平稳匀速直线运动和天线阵元间基线形变，将导致成像不清、定位不准，甚至不能成像，制约其高清、高精度三维立体成像的重要原因就是缺乏用于运动原位校准的机载分布式惯性位姿动态测量系统（分布式POS）。然而，分布式POS的核心科学问题是柔性机翼形变测量。为此，本项目研究了基于光纤光栅的主/子位置姿态形变测量方法，利用光纤光栅波长测量值及应变参数得到测点处的连续应变值，接着利用悬臂梁弯曲模型将光纤光栅测量得到的连续应变点计算出形变位移和形变角。在此基础上，建立了一种基于状态扩维的系统高阶状态方程和基于光纤光栅形变补偿的量测方程，研究了高精度自适应传递对准估计方法。建立了柔性基线统一形变时空模型，提出了高精度自适应时空滤波器的全局估计方法，飞行试验数据结果表明分布式POS的位姿测量和相对空间测量精度明显提升，实现了柔性基线多节点时空基准和相对空间信息精确测量。同时，开展了基于视觉测量的分布式 POS 柔性基线精度评估方法研究，利用基于合作目标和经纬仪的无重叠视场的多相机标定方法来确定多相机之间高精度的位姿关系，经过多次坐标转换最终获得分布式主、子节点之间相对位姿关系，实现分布式POS 柔性基线精度的测试评估。实验结果表明，在实验室静态条件下，该方法基线测量精度优于0.3mm，动态条件下，基线测量精度优于0.67mm，可用于评估分布式POS 测量精度。该项目研究成果为航空遥感技术发展提供了精准动态位姿补偿数据。